JP2011508893A - リニアセンサ - Google Patents

Abstract

スリーブ（５）と、永久磁石（１）を収容しており、ばね（６）の力に逆らって直線的に変位できるように前記スリーブ（５）内に取り付られたピン（７）と、前記スリーブ（５）に取り付けられ、前記永久磁石（１）の変位を検出する磁界センサ（３）とを備えるリニアセンサに関する。本発明では、前記ピン（７）が、第１の円筒形のガイド（８）および第２の円筒形のガイド（８）によってコントロールされる。

Description

本発明は、スリーブと、永久磁石を収容しており、ばねの力に逆らって直線的に変位できるように前記スリーブ内に支持されたピンと、前記スリーブに取り付けられ、前記永久磁石の変位を検出する磁界センサとを備えるリニアセンサに関する。

このようなリニアセンサは、自動車技術において、例えばブレーキペダルの移動量の関数として動作を実行するブレーキ倍力装置を制御するために使用されている。ブレーキペダルの移動量が大きくなるにつれ、制御部材に作用するブレーキ圧が高められるが、その移動量を、リニアセンサによって割り出すことができる。他の例は、排気ガスターボ過給器のブースト圧コントローラである。このような用途においては、一般に、リニアセンサのピンが、制御部材などの可動の測定対象物へとばねの力で押し付けられ、ピンが測定対象物に常に当接し、測定対象物の移動に追従する。

直平行六面体（ｃｕｂｏｉｄ）の永久磁石がハウジングに固定の方法で配置された磁界センサに対して変位するリニアセンサが、独国特許第１９６ ２４ ２３３ Ｃ１号から知られている。しかしながら、この既知のリニアセンサは、エンジンの動作に起因して生じうる振動に左右されやすく、摩耗しがちであり、高い製造コストおよび頻繁な調節を必要とするため、自動車技術における用途にはあまり適していない。

独国特許第１９６ ２４ ２３３ Ｃ１号

したがって、本発明の目的は、自動車技術に適しており、費用対効果に優れた製造が可能であり、たとえ運転動作の際に振動が生じる場合でも正確な測定が可能であるリニアセンサを生み出す方法を提供することにある。

この目的が、請求項１の特徴を有するリニアセンサによって達成される。本発明の有益な実施形態が、従属請求項の主題である。

本発明に係るリニアセンサにおいては、ピンのきわめて精密な案内が、好ましくはスリーブの狭窄部（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）が第１のガイドを形成し、この第１のガイドがピンを太くすることによって形成される第２のガイドによって補われることで、きわめて単純な手段を使用して達成される。しかしながら、第１および第２のガイドの各々を、スリーブの狭窄部によって設計することも可能である。

測定誤差につながるピンの横移動（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ）を、本発明に係るリニアセンサを用いることで、大部分を排除することができる。したがって、本発明に係るリニアセンサを使用する場合には、たとえエンジンの動作によって引き起こされるような振動が生じても、測定対象物の位置を正確に割り出すことができる。

好ましくは、ピンおよびスリーブが２つのガイドにおいてのみ互いに接触するため、小さい摩擦面が生み出され、有益である。小さな摩擦面においては、生じる摩擦力が小さいため、摩耗の少ない動作および高い長期安定性が可能になる。

狭窄部は、好ましくはスリーブの端部に位置し、特にスリーブにおいてピンが突き出す方の一端部に配置される。この方策は、スリーブの狭窄部およびピンの太くされた部位によってもたらされる２点の案内が、可能な限り最大の間隔で生じることができ、結果として最高の精度が可能になるという利点を有している。同じ理由で、太くされた部位がピンの一端部に位置することも好ましい。

磁界センサは、好ましくは、スリーブの狭窄部を形成している部位へと取り付けられる。この方策は、ピンの移動の方向に垂直に測定される、磁界センサとピンの間の距離が、たとえエンジン関連の振動のもとでも一定のままであり、したがって常に高い精度での測定を行うことができるという利点を有している。

ピンは、好ましくは、製造を簡単にし、かつ摩擦を少なくするのに役立つ円形の断面を有する。ピンが、スリーブ内で自身の長手軸を中心にして回転できると、特に好ましい。車両の動作時に、測定対象物の振動または移動により、ピンにトルクが加わる可能性がある。ピンが回転可能であるため、そのようなトルクを、ピンの案内に応力を加えることなく和らげることができる。

本発明の好都合な改良によれば、ピンおよび／またはスリーブが、グラファイト粒子含有のプラスチック（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ）で製作される。このやり方で、動作時に不可避である摩耗によって、グラファイト粒子が放出されるがゆえに、潤滑材の連続的な供給が保証される。長期の動作の後でも、このやり方で摩擦力が小さいことが常に保証されるため、このように設計されたリニアセンサは、きわめて長い期間にわたって安定に動作することができる。ピンがグラファイト粒子含有のプラスチックで製作され、かつ、特にスリーブがグラファイト粒子を含まないプラスチック（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｆｒｅｅ ｐｌａｓｔｉｃ）で製作されることが、特に好ましい。

本発明の他の好都合な改良によれば、スリーブおよびピンが、グラファイト粒子の任意に存在させ得る添加（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ）、換言すれば、追加されてもよい（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙ ａｄｄｅｄ）グラファイト粒子を除き、同じプラスチックで製作される。すなわち、スリーブとピンは、両者が同じプラスチックで製作されるものであれば、両者にグラファイト粒子を添加しなくてもよいし、両者の少なくとも一方にグラファイト粒子を添加してもよい。このやり方で、熱膨張係数がスリーブとピンとの間で一致し、結果として、きわめて広い温度範囲にわたって一貫して精密な案内がもたらされる。熱硬化性材料が、スリーブおよびピン用の好ましい材料である。

本発明のさらなる好都合な改良によれば、ピンが、スリーブから突き出している端部において、丸められている（ｒｏｕｎｄｅｄ ｏｆｆ）。ピンの一端面の外周部が例えば半球面状に面取りされる。この方策は、ピンが測定対象物へと押し付けられるときに、測定の正確さを損ないかねない測定対象物の傾きの恐れを少なくするという利点を有する。

好ましくは、ピンが、スリーブから突き出している端部に面を有しており、面の直径が、狭窄部におけるスリーブの内径の２０％〜６０％である。ピンの直径に比べて小さくされた面は、測定対象物の傾きの場合に、横力の伝達を少なくする。結果として、スリーブにおけるピンの案内に加わる応力が小さくなり、測定精度を損なう横移動をより容易に防止することができる。さらに、直径がスリーブ内に支持された円柱形のピンの断面の直径の２０％〜６０％である面は、測定対象物に当接する接触面の面荷重を、摩耗の少ない動作に適した程度に抑えるために充分に大きい。

本発明のさらなる詳細および利点が、添付の図面を参照して、典型的な実施形態にもとづいて説明される。説明される特徴は、個別または互いに組み合わせられて、請求項の主題となることができる。

リニアセンサの実施形態を縦断面にて示している。

図１は、円筒形のピン７をばね６の力に逆らって直線的に変位できるように支持するスリーブ５を備えるリニアセンサを示している。ピン７が、好ましくは棒磁石である永久磁石１を備え、スリーブ５から突き出しているピン７の端部４で測定対象物２に当接している。測定対象物２のスリーブ５からの距離が大きくなると、ピン７が、ばね６によってスリーブ５からさらに押し出される。測定対象物２がスリーブ５に近付くにつれ、ピン７が、ばね６の力に逆らってスリーブ５へとさらに押し込まれる。

磁界センサ３（好ましくは、ホールセンサ）が、スリーブ５へと取り付けられる。永久磁石１を内部に配置して備えるピン７の変位が、磁界センサ３の場所の磁界に変化を引き起こす。この変化を評価することによって、永久磁石１の位置、したがって測定対象物２の位置を、割り出すことができる。

ピン７は、２つの案内面８でスリーブ５に接触する。第１の案内面８（第１のガイド）は、好ましくはスリーブ５の端部４（ピン７がスリーブ５から突き出している方の端部）に位置するスリーブ５の狭窄部によって形成されている。第２の案内面８（第２のガイド）は、ピン７を、好ましくは測定対象物２から遠い方の端部において太くすることによって形成されている。このようにして、スリーブ５の狭窄部が、第１のガイドを形成し、この第１のガイドが、ピン７を太くすることによって形成される第２のガイドによって補われる。このやり方で、きわめて精密かつ摩擦の少ない案内が実現される。

ピン７およびスリーブ５が案内面８の領域において二次元的な方法（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｎａｌ ｍａｎｎｅｒ）で互いに接触することで、軸方向および半径方向の案内の精度がさらに高められる。この目的のため、案内面８がいずれの場合も円柱面であるように、狭窄部がスリーブ５の小さな内径を有する部位として設計され、ピンの太くされた部位が円柱形である。磁界センサ３を、スリーブ５の狭窄部を形成している部位に取り付けることが好都合である。なぜならば、この場所において、ピン７の磁界センサ３からの距離（ピン７の移動の方向に垂直）が、たとえ振動が生じても最高の精度で一定のままであるからである。

ばね６は、ピン７の太くされている方の端部に作用する。図示の実施形態においては、太くされた部位が、スリーブ状の延長部を有しており、このスリーブ状の延長部へと、つる巻きばね６が突き出している。つる巻きばね６は、好ましくはスリーブ５の外部に配置される迫持台（ａｂｕｔｍｅｎｔ）（図示されていない）に支持されるが、原理的には、迫持台をスリーブ５によって直接形成してもよい。

スリーブ５から突き出している端部４において、ピン７は、角が丸められるとともに、平坦な面を有しており、図示の実施形態では、平坦な面の直径は、スリーブ５の狭窄部における内径の５０％である。この幾何学的設計ゆえに、面荷重が小さくなるような充分に大きい接触面が実現されるだけでなく、摩耗の少ない動作も実現される。さらに、支持面が小さくなることで摩擦が最小限になり、測定対象物２について生じうる傾きの際に、横力（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｆｏｒｃｅｓ）の伝達が防止される。一般に、面が、狭窄部におけるスリーブ５の内径の約２０〜６０％の直径を有することが有益である。

ピン７は、熱硬化性材料を使用して永久磁石１をインサート成形することによって製造される。スリーブ５も、熱硬化性材料から製作され、好ましくは同じ熱硬化性材料から製作される。このようにして、ピン７およびスリーブ５が類似の熱膨張係数を有することで、広い温度範囲において案内面８の領域における引っかかりおよびすき間が防止される。したがって、図示のリニアセンサを、特に自動車のエンジンルームに設置することが可能であり、動作中に機能障害を生じることなく最大１７０℃にまで加熱することができる。

摺動特性を向上させるために、ピン７について、グラファイト粒子が追加されてなる熱硬化性材料を使用することが好ましい。追加のグラファイト粒子は、熱硬化性材料の硬さを低下させる。このやり方で、動作中の不可避の摩耗が、実質的にもっぱらピン７において生じ、スリーブ５においては生じない。摩耗個所（ａｂｒａｓｉｏｎ）がグラファイト充てん材から成るため、摩耗粉が案内面８において潤滑剤として機能する。この利点は、ピン７に代えて、あるいはピン７に加えて、スリーブ５をグラファイト粒子含有のプラスチックから製造することでも利用することができる。

しかしながら、ピン７の熱硬化性材料がグラファイト粒子を含むことが、特に好都合である。その場合、面４において生じる摩耗によって、摩擦が小さく、したがって測定対象物２が傾いた際に生じうる横力が小さくなる。原理的には、スリーブ５およびピン７の両方にグラファイト粒子含有のプラスチックを使用することもできる。しかしながら、これは、摩耗が増加するため好ましくない。

尚、前記第１のガイド８および前記第２のガイド８の各々が、前記スリーブ５の狭窄部によって形成されるものであってもよい。

１ 永久磁石
２ 測定対象物
３ 磁界センサ
４ 端部
５ スリーブ
６ ばね
７ ピン
８ 案内面

Claims (19)

1. スリーブ（５）と、
   永久磁石（１）を収容しており、ばね（６）の力に逆らって直線的に変位できるように前記スリーブ（５）内に支持されたピン（７）と、
   前記スリーブ（５）に取り付けられ、前記永久磁石（１）の変位を検出する磁界センサ（３）と
   を備えるリニアセンサであって、
   前記ピン（７）が、第１の円筒形のガイド（８）および第２の円筒形のガイド（８）によって案内されることを特徴とする、リニアセンサ。
2. 前記ピン（７）の前記第１のガイド（８）が、前記スリーブ（５）の狭窄部によって形成され、前記狭窄部において前記ピン（７）が前記スリーブ（５）に接触し、
   前記第２のガイド（８）が、前記スリーブ（５）に接触する前記ピン（７）の太くされた部位によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のリニアセンサ。
3. 前記狭窄部が、前記スリーブ（５）の端部（４）に位置することを特徴とする、請求項２に記載のリニアセンサ。
4. 前記狭窄部が、スリーブの小さな内径を有する部位として設計されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のリニアセンサ。
5. 前記狭窄部が、前記ピン（７）の端部に位置していることを特徴とする、請求項２または３に記載のリニアセンサ。
6. 前記太くされた部位が、スリーブ状の延長部を有しており、スリーブ状の延長部の内部へと、前記ばね（６）が突き出していることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
7. 前記ばね（６）が、前記ピン（７）の端部（４）に作用することを特徴とする、請求項６に記載のリニアセンサ。
8. 前記ピン（７）および／または前記スリーブ（５）が、グラファイト粒子含有のプラスチックで作られていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
9. 前記ピン（７）が、グラファイト粒子含有のプラスチックで作られていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
10. 前記スリーブ（５）が、熱硬化性材料で作られていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
11. 前記ピン（７）が、熱硬化性材料で作られていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
12. 前記スリーブ（５）および前記ピン（７）が、追加されてもよいグラファイト粒子を除き、同じ熱硬化性材料で作られていることを特徴とする、請求項１１に記載のリニアセンサ。
13. 前記ピン（７）が、前記永久磁石（１）をインサート成形することによって製造されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
14. 前記ピン（７）が、円形の断面を有していることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
15. 前記ピン（７）が、前記スリーブ（５）から突き出している端部（４）において、角が丸められていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
16. 前記スリーブ（５）から突き出している端部（４）に、前記ピン（７）が面を有しており、前記面の直径が、前記狭窄部における前記スリーブ（５）の内径の２０％〜６０％であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
17. 前記磁界センサ（３）が、前記スリーブ（５）の前記狭窄部を形成している部位に取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
18. 前記ピン（７）を、前記スリーブ（５）内で回転させることができることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニアセンサ。
19. 前記第１のガイド（８）および前記第２のガイド（８）の各々が、前記スリーブ（５）の狭窄部によって形成されていることを特徴とする、請求項８〜１８のいずれか一項に記載のリニアセンサ。

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